近日消息，西班牙光子科学研究所（ICFO）的研究人员和多个科研机构及高校的学者合作，研究了如何使用光来观察电子材料的量子性质。研究人员使用了一种特殊的天线对石墨烯表面进行扫描，距离间隔为几纳米。通过这种近场纳米镜，他们看到石墨烯上的光波纹比光速慢了300多倍，与经典物理学的结论有极大的偏离，表现出了其量子特征。

  电子和光沿着石墨烯片表面一起移动

  近日消息，西班牙光子科学研究所（ICFO）的研究人员和多个科研机构及高校的学者合作，研究了如何使用光来观察电子材料的量子性质。研究人员使用了一种特殊的天线对石墨烯表面进行扫描，距离间隔为几纳米。通过这种近场纳米镜，他们看到石墨烯上的光波纹比光速慢了300多倍，与经典物理学的结论有极大的偏离，表现出了其量子特征。

  这项实验使用了超高质量的石墨烯为原材，为了在石墨烯（等离激元）中激发超慢的光波并使其图像化，研究人员使用了一种特殊的天线对石墨烯表面进行扫描，距离间隔为几纳米。通过这种近场纳米镜，他们看到石墨烯上的光波纹比光速慢了300多倍，与经典物理学的结论有极大的偏离。

  该项研究在ICFO的FrankKoppens教授领导下，由Mark Lundeberg和Achim Woessner博士与Nanogune的Hillenbrand教授、IIT的Polini教授和哥伦比亚大学的Hone教授共同完成。研究成果以“Tuning quantum nonlocal effects in graphene plasmonics”为题发表在了近期的《Science》杂志上。

  关于完成的实验，Koppens教授说：“通常来说，探索量子世界是非常困难的，要求超低温的环境，但是这项研究，我们可以在室温下用光照观察。”

  这种技术为探索许多新型的量子材料铺平了道路，这些量子材料包括允许用拓扑量子位进行量子信息处理的超导体或拓扑材料。此外，Hillenbrand教授指出，“这可能只是近场纳米视觉新时代的开始。”

  Polini教授说：“这个发现可能最终导致以真正的微观方式理解复杂的量子现象，当物质受到超低温和非常高的磁场的影响时，如分数量子霍尔效应。

  Tuning quantum nonlocal effects in graphene plasmonics

  Abstract

  The response of electron systems to electrodynamic fields that change rapidly in space is endowed by unique features, including an exquisite spatial nonlocality. This can reveal much about the materials' electronic structure that is invisible in standard probes that use gradually varying fields. Here, we use graphene plasmons, propagating at extremely slow velocities close to the electron Fermi velocity, to probe the nonlocal response of the graphene electron liquid. The near-field imaging experiments reveal a parameter-free match with the full quantum description of the massless Dirac electron gas, which involves three types of nonlocal quantum effects: single-particle velocity matching, interaction-enhanced Fermi velocity, and interaction-reduced compressibility. Our experimental approach can determine the full spatiotemporal response of an electron system.

  电子系统对空间变化迅速的电动力场的响应具有独特的特征，包括精湛的空间非局部性。 这可以揭示材料的电子结构，这些结构在使用逐渐变化的领域的标准探针中是不可见的。 在这里，我们使用石墨烯等离子体激元，以接近电子费米速度的非常慢的速度传播，以探测石墨烯电子液体的非本地响应。 近场成像实验揭示了与无质量狄拉克电子气体的全量子描述的无参数匹配，其涉及三种类型的非局部量子效应：单粒子速度匹配，相互作用增强的费米速度和相互作用降低的压缩性。 我们的实验方法可以确定电子系统的全时空反应。

  电子系统对空间变化迅速的电动力场的响应具有独特的特征，包括精湛的空间非局部性。 这可以揭示材料的电子结构，这些结构在使用逐渐变化的领域的标准探针中是不可见的。 在这里，我们使用石墨烯等离子体激元，以接近电子费米速度的非常慢的速度传播，以探测石墨烯电子液体的非本地响应。 近场成像实验揭示了与无质量狄拉克电子气体的全量子描述的无参数匹配，其涉及三种类型的非局部量子效应：单粒子速度匹配，相互作用增强的费米速度和相互作用降低的压缩性。 我们的实验方法可以确定电子系统的全时空反应。

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